中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所（以下簡(jiǎn)稱南海海洋所）研究員張帆團(tuán)隊(duì)與合作者在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，在俯沖板塊地幔蛇紋石化程度控制機(jī)制方面研究取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果近日發(fā)表于《地球與行星科學(xué)通訊》（Earth and Planetary Science Letters）。

論文第一作者、南海海洋所副研究員張江陽(yáng)表示，俯沖作用是水向地球深處輸送的主要機(jī)制，這個(gè)過程對(duì)板塊構(gòu)造、俯沖地震活動(dòng)、弧巖漿作用以及氣候變化等都具有重要影響。大洋巖石圈在海溝附近發(fā)生彎曲變形，并形成撓曲正斷層。水沿著正斷層進(jìn)入板塊深部，引起地幔蛇紋石化，在觀測(cè)上表現(xiàn)為地幔頂部的地震波速減低。因此，俯沖板塊的地幔蛇紋石化與俯沖作用的水通量有密切的關(guān)系。然而目前對(duì)俯沖板塊地幔含水量（或地幔蛇紋石化程度）的具體控制因素和機(jī)制尚不清楚。

研究人員利用過去20年全球海溝地區(qū)的地震數(shù)據(jù)，深入探討了板塊年齡、撓曲曲率和沉積物厚度等因素對(duì)上地幔頂部地震波速降低程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著板塊的年齡增長(zhǎng)，其撓曲變形區(qū)域的應(yīng)力屈服深度受到限制，而板塊曲率則直接決定這一深度的實(shí)際表現(xiàn)。這兩個(gè)因素共同決定了俯沖板塊淺部的水平伸展應(yīng)變量，進(jìn)而顯著影響了地幔上層的蛇紋石化程度。

簡(jiǎn)而言之，俯沖板塊的變形與地幔蛇紋石化程度之間存在著明確的線性相關(guān)性。研究還揭示，沉積物厚度較大的地區(qū)，地幔的地震波速下降趨勢(shì)相對(duì)較小，顯示出沉積覆蓋對(duì)于地幔蛇紋石化的阻礙作用。這一發(fā)現(xiàn)不僅有助于我們更好地理解板塊構(gòu)造過程中的水循環(huán)動(dòng)態(tài)，也為估算俯沖板塊的含水量提供了新的理論依據(jù)。

論文通訊作者張帆表示，該研究從板殼力學(xué)的基本原理出發(fā)，闡明了板塊年齡和曲率對(duì)地幔蛇紋石化的控制機(jī)理，并揭示了沉積覆蓋作用對(duì)地幔蛇紋石化的阻礙效應(yīng)，對(duì)估算俯沖板塊含水量、地幔蛇紋石化程度以及理解俯沖帶水循環(huán)過程具有重要意義，為深入研究地球內(nèi)部環(huán)境和氣候變化提供了重要支撐。

記者獲悉，該研究由張帆團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南海海洋所特聘研究員林間團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院海洋研究所研究員高翔、中山大學(xué)副教授蔡晨和南方科技大學(xué)副教授周志遠(yuǎn)共同完成。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118799

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